張干

【摘 要】近年來由于我國經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，導(dǎo)致了離子膜法制堿發(fā)展迅猛，各地爭相新建、擴(kuò)建離子膜生產(chǎn)裝置，但是快速發(fā)展可能會(huì)造成國內(nèi)燒堿市場供過于求的局面，而且國內(nèi)大多數(shù)離子膜生產(chǎn)廠家也存在著使用超前、研發(fā)滯后以及產(chǎn)品消耗水平較高，離子交換膜使用壽命短等諸多問題，因此，文章認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)適度發(fā)展離子膜法制堿，同時(shí)在制造離子交換膜制造過程中的能耗問題，以便達(dá)到使用最低的能耗生產(chǎn)出最多的離子膜的方法。

【關(guān)鍵詞】離子膜；燒堿工藝；能耗問題

離子膜法燒堿制造工藝是燒堿生產(chǎn)中最常用的生產(chǎn)工藝，隨著該工藝的不斷發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)燒堿制造工藝，離子膜法具有明顯優(yōu)勢，一是離子膜法生產(chǎn)燒堿質(zhì)量好，二是離子膜法生產(chǎn)燒堿能夠根本上避免水質(zhì)污染，三是離子膜法燒堿制造工藝對(duì)工作人員身體危害較小。雖然離子膜法燒堿制造優(yōu)勢突出，但是，該能耗較大，限制了離子膜法燒堿工藝的發(fā)展[1]。所以，采取措施降低離子膜法燒堿工藝中的能耗問題，是目前燒堿制造工藝發(fā)展的主要方面。

一、離子膜法燒堿工藝優(yōu)點(diǎn)

離子膜法燒堿工藝是上世紀(jì)八十年代發(fā)展的最新燒堿制造工藝，相對(duì)于傳統(tǒng)的燒堿制造工藝，如金屬陽極隔膜法燒堿工藝，具有明顯的優(yōu)勢。（1）工藝簡單易操作。離子膜法燒堿工藝使用高濃度電解液，不需要進(jìn)行蒸發(fā)就能夠得到高濃度的燒堿。（2）能耗較低。離子膜法不需要進(jìn)行蒸發(fā)，能夠減少該步驟能耗，此外，電解以及水循環(huán)工段能耗也會(huì)相應(yīng)減少，從而降低能耗。（3）污染小。離子膜法燒堿工藝中產(chǎn)生的廢液以及廢氣都可以循環(huán)使用，幾乎不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。（4）產(chǎn)品純度高。離子膜法燒堿工藝能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，其純度能夠滿足化纖行業(yè)生產(chǎn)的要求。（5）生產(chǎn)設(shè)備占地較小。離子膜法燒堿工藝相對(duì)于其他燒堿制造工藝裝置較少，占地小。（6）生產(chǎn)安全性高。離子膜法燒堿工藝生產(chǎn)靈活穩(wěn)定，電解槽能夠適應(yīng)大幅度的電流變化，靈活控制生產(chǎn)，此外，離子膜法燒堿工藝操作簡便，維護(hù)簡單，降低了工人的工作強(qiáng)度[2]。

二、淺談燒堿工藝中能耗問題分析

電解液中影響到能耗問題的因素有很多種，但是在當(dāng)前設(shè)備條件下，由于材料雜質(zhì)過多和設(shè)備損耗導(dǎo)致的能耗暫居燒堿工藝中最主要的地位，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中如何減少該類的問題，將是企業(yè)研究和改進(jìn)的主要方式[3]。

（一）電解液中電耗能的問題。

產(chǎn)生電耗過大的問題，主要是因?yàn)樵谡麄€(gè)離子膜的電解過程中，電解質(zhì)中在不斷電解過程中會(huì)增加了大量的雜質(zhì)，而在生產(chǎn)中影響的有NH4對(duì)電解槽的電流效率有影響的Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Hg2+、I、SO42-、SiO2，會(huì)導(dǎo)致電壓升高的Mg2+、Ni2+、Fe2+、Al3+、SiO2。特別是在電解壓處理過程中，企業(yè)使用除I-技術(shù)I-與鹽水中的Ba2+形成碘酸鋇和高碘酸鋇，此化合物阻止了BaSO4沉淀的形成，又阻止了螯合樹脂的吸附，它們隨精鹽水進(jìn)入電解槽，滲透到離子膜內(nèi)部，從而影響電解槽的電流效率，造成能耗過大。因此，雖然各生產(chǎn)企業(yè)使用電解液的質(zhì)量（如海鹽、井礦鹽、湖鹽）、電解槽電解過濾能力不同，其中所雜質(zhì)含量各有區(qū)別，但離子膜法電解系統(tǒng)對(duì)電解液的要求基本一致。電解液精制是將電解液中的有害物質(zhì)通過特定工藝技術(shù)除掉，以達(dá)到離子膜電解槽的使用要求。

（二）蒸發(fā)工段能耗問題

在企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，一次實(shí)際的離子膜燒堿過程如下：在電解液精制反應(yīng)器內(nèi)加入純堿、燒堿，使電解液中的Ca2+、Mg2+生成沉淀，經(jīng)過道爾澄清桶沉降分離，再經(jīng)過砂濾器過濾大量的雜質(zhì)。一次鹽水經(jīng)涂有α-纖維素的碳素?zé)Y(jié)管過濾器，除去固體懸浮物。Na2SO3加入鹽水中，去除其中的游離氯；配制好的α-纖維素先預(yù)涂碳素?zé)Y(jié)管，另一部分與鹽水一起加入過濾器，以防止過濾元件堵塞和延長過濾周期，過濾器交替使用，定期反洗。電解過程中通過蒸發(fā)過濾雜質(zhì)，就需要增加大量的加熱和冷卻，但傳統(tǒng)初冷器冷卻一般都采用水池、冷卻塔、水泵及連接管道組成的敞開式冷卻系統(tǒng)，冷卻效果差、能耗高、焦油產(chǎn)量低。

三、能耗問題的解決方法

燒堿行業(yè)，離子膜堿比隔膜堿每噸可降低能耗0.41t標(biāo)準(zhǔn)煤，現(xiàn)在我國離子膜堿比例只有30%，如果提高10%，就可節(jié)能50萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。因此提高燒堿能耗，增加產(chǎn)量是當(dāng)前我國研發(fā)產(chǎn)品的重任。

（一）解決電解液雜質(zhì)的方法

去除這些雜質(zhì)離子的技術(shù)有很多，近年來采用膜過濾法處理鹽水和SO42-去除技術(shù)提高了氯堿企業(yè)的整體技術(shù)裝備水平，也為高電流密度電解槽的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

（1）除銨技術(shù)。鹽水中的少量銨，特別是采用摻鹵或全鹵工藝時(shí)銨含量更高，在電解槽陽極室內(nèi)與Cl2反應(yīng)生成NCl3，而NCl3是一種易爆炸的含氮化合物，它的存在給氯堿生產(chǎn)帶來安全隱患。鹽水除氨技術(shù)：粗鹽水進(jìn)入折流槽，加入一定量的NaClO，在除氨反應(yīng)槽中完成反應(yīng)，生成單氯胺，向氨吹除塔通壓縮空氣，單氯胺被空氣帶出系統(tǒng)，鹽水中銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1×10-6。（2）除碘技術(shù)。雖然在市面上有著多種除碘方法，將I-氧化成分子形式，再吸附出來；采用離子膜法燒堿裝置與隔膜法燒堿裝置聯(lián)合運(yùn)行的方式，通過隔膜法燒堿帶出部分碘；通過離子交換樹脂吸附的方式除去碘。但是就成熟程度而言企業(yè)可以采用采用離子膜法燒堿裝置與隔膜法燒堿裝置聯(lián)合運(yùn)行的方式，通過隔膜法燒堿帶出部分碘。這樣就可以在一定程度上優(yōu)化電解液，進(jìn)而節(jié)約成本。（3）新的冷卻技術(shù)。除了使用傳統(tǒng)的水冷器之外，企業(yè)還可以采用先進(jìn)的水膜蒸發(fā)傳熱技術(shù)，將水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)融為一體，通過管外水膜的蒸發(fā)，強(qiáng)化管外傳熱。與傳統(tǒng)初冷器不同的是，蒸發(fā)式水冷器是工藝介質(zhì)走管內(nèi)，水和空氣走管外，運(yùn)行水溫低，所以不易堵塞、結(jié)垢，保證了設(shè)備的平穩(wěn)安全運(yùn)行，就可以減少能耗增加企業(yè)效益。因此通過各種離子分離技術(shù)的支持，就可以提供離子膜燒堿的工藝中的能耗，達(dá)到節(jié)能效果。

（二）解決設(shè)備的問題

使用新型燒堿工藝特點(diǎn)：原理簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、維修費(fèi)用低，當(dāng)然在設(shè)備的使用上，操作者必需要對(duì)可能發(fā)生事故做好安全對(duì)策，并制定的措施應(yīng)能夠完全實(shí)施到位，并應(yīng)與主體裝置同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投用。這樣才能夠在減少能耗的基礎(chǔ)之上，防止或減少事故的發(fā)生。

四、結(jié)束語

使用離子膜進(jìn)行燒堿工藝是未來燒堿工藝的新方向，他相對(duì)于其他燒堿工藝來說，具有節(jié)能、快速的方式，但是由于我國燒堿工藝起步慢，使用離子膜燒堿還存在著不少問題，在能耗問題上也存在著種種的不足，本文就離子膜燒堿能耗問題進(jìn)行了初步的探討，主要通過分析燒堿工藝中的電解質(zhì)和電解設(shè)備導(dǎo)致了能耗的問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]程殿彬.離子膜法制燒堿生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2]武漢大學(xué).化學(xué)分析.下[M].北京：教育出版社，2017.

[3]徐平，陳關(guān)文.分離膜應(yīng)用與工程案例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2017.